تم تحويل القولونيات التي تهضم السليلوز إلى مصافي الوقود الحيوي
بقلم ديفيد بايلو
قد تصبح البكتيريا التي تسبب معظم حالات التسمم الغذائي في الولايات المتحدة ذات يوم مصدرًا رئيسيًا لوقود وسائل النقل. وبمساعدة أدوات البيولوجيا التركيبية، نجح الباحثون في تغيير جينات بكتيريا الإشريكية القولونية الشائعة في الأمعاء، بحيث تهضم النباتات وتنتج منها وقود الديزل والمواد الهيدروكربونية الأخرى.
غالبًا ما يستخدم العلماء القولونيات في الهندسة الوراثية لأن البكتيريا تمت دراستها على نطاق واسع وهي شديدة المقاومة للتعديل الوراثي، كما يوضح المهندس الكيميائي جاي كيسلينج من جامعة كاليفورنيا، بيركلي. لقد قام الباحثون بالفعل بتعديل البكتيريا لإنتاج الأدوية والمواد الكيميائية، والآن قام كيسلينج وزملاؤه بتحويل هذه الكائنات إلى مصانع للوقود الحيوي.
في البداية، قام العلماء بتغيير جينات بكتيريا القولون بحيث تهضم السكر وتفرز وقود الديزل الحيوي ذي الجودة الكافية لتشغيل المحرك. ويطفو الديزل الناتج في خزان التخمير فوق المحلول المائي، فلا داعي لتقطيره أو تنظيفه أو كسر جدران الخلايا لإزالة الوقود منها كما هو معتاد في إنتاج الوقود الحيوي من الطحالب.
ومن أجل تقليل عواقب هذه العملية على الإمدادات الغذائية في العالم، بحث الباحثون بعد ذلك عن الجينات الموجودة في البكتيريا الأخرى القادرة على تحطيم السليلوز، المادة الصلبة التي تشكل معظم أجزاء النبات ولكنها غير مناسبة للاستهلاك البشري. أدخل الفريق هذه الجينات، التي ترمز لإنتاج إنزيم انقسام الخلايا، في الشفرة الوراثية لبكتيريا القولون، وأصبح لديك شريحة وراثية أخرى مخصصة للبكتيريا الجديدة لإفراز الإنزيم خارج الخلية. ولذلك يتم إفراز الإنزيم في البيئة، حيث يقوم بتفكيك السليلوز إلى سكر تهضمه البكتيريا القولونية وتحوله إلى وقود.
العملية الموصوفة في مجلة Nature بتاريخ 28 يناير 2010، فعالة للغاية لإنتاج الهيدروكربونات التي تحتوي على 12 ذرة كربون أو أكثر. وإلى جانب وقود الديزل، ينتمي وقود الطائرات (الكيروسين) أيضًا إلى هذه المجموعة. لكن لا يزال من غير الممكن إنتاج الهيدروكربونات ذات السلاسل الكربونية الأقصر مثل البنزين بهذه الطريقة. وهذا خلل يعمل كيسلينج على تصحيحه. ولا ينبغي لنا أن ننسى أنه في الولايات المتحدة وحدها، يتم حرق 530 مليار لتر من البنزين كل عام، مقارنة بنحو 170 مليار لتر من وقود الديزل (و7.5 مليار لتر فقط من الوقود الحيوي).
كيسلينغ ليس الوحيد الذي يرى أن القولونيات منتج للوقود. وتحاول بعض الشركات التجارية أيضًا إنتاج الوقود بكميات تجارية باستخدام البكتيريا القوية. إنها "تنمو بمعدل سريع، أسرع بثلاث مرات من الخميرة"، كما يوضح عالم الوراثة ومطور التكنولوجيا جورج تشيرش من كلية الطب بجامعة هارفارد، و"أسرع بمئة مرة من معظم البكتيريا النشطة في الزراعة".
ولكن هناك حاجة إلى المزيد من العمل على بكتيريا كيسلينج القولونية وتحسين كفاءتها في إنتاج الوقود. يقول كيسلينج: "نحن الآن نحقق حوالي 10% فقط من الحد الأقصى للإنتاج النظري من السكر". "نود أن نصل إلى 80% أو 90% لتحقيق الجدوى التجارية. علاوة على ذلك، سيتعين علينا التخطيط لعملية إنتاج بكميات كبيرة." يتضمن إنشاء كائن حي جديد أيضًا إزالة المسارات الأيضية المهمة، بحيث لا يمكنه البقاء على قيد الحياة خارج المختبر في البرية.
إن التحديات ليست بسيطة، ولكن الوعد بالإنجاز هائل. ويقدر كيسلينج أن مثل هذه البكتيريا المعدلة وراثيا لن تحتاج في المستقبل إلا إلى استهلاك 40.5 مليون فدان من العشب، أي حوالي ربع الأراضي الزراعية في الولايات المتحدة اليوم، لإنتاج الوقود الذي يلبي كافة احتياجات النقل في الولايات المتحدة.
تعليقات 4
اليوم، يتم البحث عن طرق أصلية لإنتاج الوقود
ل2: اقرأ نهاية الفقرة قبل الأخيرة مرة أخرى وسترى أن هذا السؤال قد تمت الإجابة عليه.
ماذا يحدث للبكتيريا، تخرج من المختبر، تحدث طفرات، وما إلى ذلك.
لم يستطع أن يأكل كل نباتات العالم؟
فإذا بلغت اليوم 10%، ولن تتحقق الجدوى الاقتصادية إلا عندما تصل إلى 85%، فإن هذه التكنولوجيا لا يزال أمامها وقت طويل للغاية لتتحقق. وبدلاً من ذلك، أود في هذه الأثناء توجيه الموارد البحثية نحو الاستخدام المباشر للسليلوز الذي يتحلل بشكل طبيعي ولا يتم استخدامه. والتكنولوجيا التي تعتبر تقنية وسيطة حتى تصل إلى البكتيريا التي تنتج الوقود بشكل مربح اقتصاديا، يجب أن تكون تقنية معدات تحرق السليلوز بكفاءة وتحول الطاقة إلى طاقة كهربائية. نعم، إنها ليست مثالية وبالطبع تعتبر هذه العملية مضيعة للوقت، ولكن هناك بعض المزايا الواضحة:
1) التخلص من المخلفات الزراعية
2) استغلال موارد الطاقة
3) استخدام الوقود من مصدر متجدد مع صافي انبعاثات كربونية صفر
تحيات أصدقاء،
عامي بشار